撰文 | 河邊的卡西莫多
審校｜阿嫻
在推理小說中，有一種經典的“暴風雪山莊”模式：一群人被困在一個與世隔絕的環境中，隨後眾人中會發生一些奇怪的事情。這雖然只是推理小說的一種手法，但對於駐紮在南極沃納德斯基站的烏克蘭科學家們，他們卻親身經歷過一次這樣奇怪的“暴風雪山莊事件”：
2020年2月6日，當科學家們一覺醒來，就發現窗外似乎不太一樣。在科考站的不遠處，原本皎潔的雪地染成大片腥紅色，就彷彿在他們入睡之後，這裡曾經發生過“大屠殺”般的血流遍地。
在這個身處南極，與世隔絕的島嶼，不可能有外人進入。科學家們開始懷疑是不是海豹曾在這裡捕殺過企鵝，但很快就排除了這個可能：他們並沒有聽到喧囂的聲音，在極晝的情況下也不可能忽略企鵝或者海豹的身影。他們又懷疑是不是哪位粗心的隊員在外面打翻了覆盆子果醬，但大家都表示沒做過這種事。
有好奇的科學家提取這些“血跡”的樣本，這些紅色的雪聞起來“散發著西瓜的氣味”。在顯微鏡下，真相就水落石出了：紅色來自一種耐寒的生物，極地雪藻（Chlamydomonas nivalis）。
早在公元前三世紀，亞里士多德就曾經記錄過紅雪現象，此後全球各地很多寒冷的地區也都出現過類似的現象。但在相當長的時間裡，人們總是把雪地裡突然出現的紅色當作礦物沉積物或者花粉。1819年，隨著英國極探險隊從北極返回，帶回了紅雪的樣本，人們才意識到紅雪其實是一種生物。直到20世紀初，科學界才搞清楚這是一種藻類的孢子。
極地雪藻有可能在全世界各地的雪原或者山頂上出現。在大多數時候，它常年在冰天雪地中休眠，只有到溫暖的季節，隨著冰雪的融化，極地雪藻開始變得活躍，在低溫的水體中快速生長，並且產生紅色的孢子，就彷彿白色的調色盤中擠出了紅色的顏料。
沃納德斯基站發生的故事也是一樣，當時恰好處於南極的夏季，科考站內記錄下了18.3°C的歷史高溫。這些已經不知道沉睡了多久的極地雪藻被溫暖喚醒，形成了罕見的“西瓜雪”現象。
研究環境和氣候的科學家們非常關注極地雪藻的蹤影，因為它很像“多米諾骨牌”：藻類在開始出現之後，由於自身的紅色，會在雪地中吸收更多的熱量，導致周圍的雪融化得更快，從而進一步加速周圍的藻類開始繁殖。
不過對於生物學家們來說，他們更關心的是極地雪藻耐寒的獨特屬性。極地雪藻幾乎不會被凍死，當氣溫只要在5℃以上，它就可以正常地繁殖。當環境開始結冰，它就開始休眠，此時外界的寒冷對它幾乎不會有影響。這也是它為何會出現在北極和南極的原因。
透過對極地雪藻進行基因測序，科學家們發現它與另外一種綠藻，萊氏衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的親緣關係非常密切，二者有非常多的相似之處。但是它們最大的不同，就是萊氏衣藻像大多數藻類一樣，喜歡溫暖的環境，而極地雪藻卻只喜歡低溫。也正是對環境選擇的不同，最終導致了二者的分化。那麼，極地雪藻為什麼不怕冷？
要知道，在極地雪藻“氾濫”的南極，並不是只有低溫那麼簡單，這裡雖然是冰雪的世界，但是年降水量僅有30-50毫米，空氣乾燥的程度一點不亞於撒哈拉沙漠。不止如此，在極夜的時候，這裡將近半年見不到陽光，但是到了極晝，由於南極上空臭氧層非常稀薄，所以這裡太陽輻射強度又非常高，強烈的紫外線會對生物的細胞造成損傷。可是偏偏極地雪藻可以完美地適應南極的生活，廣泛分佈在南極大陸很多區域。
為了適應極地生活，極地雪藻相比其他藻類確實產生了很多改變：它的細胞壁變得更厚，並且上面會有更多的凸起增加表面積，這樣能保護細胞內部的液泡免受乾旱或者輻射的侵襲。不過最重要的變化，還是極地雪藻能夠分泌胡蘿蔔素和蝦紅素，這是它不怕冷的關鍵，也是紅雪現象的由來。
極地雪藻的孢子可以在黑暗寒冷的過程中保持長時間的休眠，當進入水中重新懸浮後很快就會恢復活力｜mikrobalpina
這些類胡蘿蔔素能夠傳遞極地雪藻進行光合作用時的能量，吸收多餘的自由基，不僅提高了光合作用的效率，也起到保護的作用。這些深色的色素還能使雪藻細胞周圍的冰和雪晶體融化，以獲取在其他情況下無法獲得的有限營養物質和水分。它合成的其他二次代謝物，如生物聚合物（gallerten）、抗凍糖蛋白（AFGPs）、應激調節劑及具滲透性的氨基酸和糖類，也幫助雪藻更加適應低溫的環境。
對於極地雪藻的深入研究，可以啟示我們生物如何在低端環境下生存，它也很有可能成為未來第一批派遣到月球或者火星基地的生物。作為一種適應性極強的植物，它可以源源不斷的產生星際移民者必須的氧氣。不過在今天，它在另外一個領域成為熱門的研究物件，那就是皮膚護理與健康。
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如今有不少的化妝品廠商對極地雪藻進行了更深入的研究，特別是針對其抗氧化和延緩衰老作用的研究。在細胞層面上，極地雪藻產生了熱量限制（Calorie Restriction）的機理，也就是控制能量的轉化。而熱量限制也是目前已經被驗證，是可以延長個體壽命，延緩與衰老相關疾病出現機率的方法。
在目前的試驗中，極地雪藻提取物透過模擬熱量限制，產生了最佳化皮膚新陳代謝，從而延長皮膚細胞的壽命的作用。加強了皮膚細胞的防禦力、提升抗氧化的應激能力，還刺激了更多膠原蛋白的生成。
其實如今很多的面膜和精華油中，已經使用了極地雪藻提取物作為原料。這也算科學家們在破解“紅雪之謎”過程中的一個意外驚喜吧！
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參考資料：
[1] Meteored. »Blood snow invades an Antarctic island«. https://www.yourweather.co.uk/news/science/blood-snow-invades-an-antarctic-island-world-weather-news-global-latest-science-environment-antarctica.
[2] Gorton HL, Vogelmann TC. Ultraviolet radiation and the snow alga Chlamydomonas nivalis (Bauer) Wille. Photochem Photobiol. 2003 Jun;77(6):608-15. doi: 10.1562/0031-8655(2003)077<0608:uratsa>2.0.co;2. PMID: 12870846.
[3] Cvetkovska, M., Hüner, N.P.A. & Smith, D.R. Chilling out: the evolution and diversification of psychrophilic algae with a focus on Chlamydomonadales. Polar Biol 40, 1169–1184 (2017). https://doi.org/10.1007/s00300-016-2045-4
[4] Zhongguo Fei Ai Za Zhi. 2023 Jun 20;26(6):473–478. [Article in Chinese] doi: 10.3779/j.issn.1009-3419.2023.101.19
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